225/55ZRF17 97Y缺气保用全天候轿车轮胎的设计

李仁国，朱作勇，高贵平

（山东兴鸿源轮胎有限公司，山东 临沂 276200）

作为汽车构造中的重要功能与安全部件，在汽车高速行驶中，轮胎的突然爆破失压很容易造成车辆失控，给行车安全带来重大威胁[1-2]。缺气保用轮胎因其加强的胎侧具有良好的支撑作用，使轮胎在被刺扎后仍能保持一定的轮廓和行驶性能，可以确保行车安全。随着人们安全意识的不断提高，缺气保用轮胎以其优异的行驶安全性，越来越受到汽车厂商和消费者的青睐[3]。

为满足市场需求与优化公司产品布局，我公司展开缺气保用全天候系列轮胎的研发。本工作介绍我公司225/55ZRF17 97Y缺气保用全天候轿车轮胎的设计思路及应用效果。

1 技术要求

根据ETRTO—2014《欧洲轮胎轮辋标准》及GB/T 2978—2014《轿车轮胎规格、尺寸、气压与负荷》，确定225/55ZRF17 97Y缺气保用全天候轿车轮胎的设计技术参数为：充气外直径（D′）680（673～687）mm，充气断面宽（B′）233（223～242）mm，标准充气压力 250 kPa，负荷指数 97，标准轮辋 7J，速度级别 Y。

2 结构设计

2.1 外直径（D）和断面宽（B）

根据我公司施工方案特点及材料特性，D取678 mm，因较厚的支撑胶及加强层的影响，其胎侧不易伸张，B取240 mm。

2.2 行驶面宽度（b）和弧度高（h）

为兼顾高速性能、操控性能及耐磨性能等要求，本设计b取186 mm。h起到调节轮胎接地印痕的作用。考虑到b取值较大，h也应取较大值，以均衡接地压力分布，避免胎面异常磨损，本设计h取7.28 mm。

2.3 胎圈着合直径（d）和着合宽度（C）

缺气保用轮胎失压后胎圈部位受力增大，脱圈风险增加。因此应提高胎圈与轮辋的过盈配合量，本设计d取433.2 mm。

根据缺气保用轮胎失压后胎圈部位受力增大的特点，应使应力上移，故C值放大25.4 mm（1英寸）设计，为203.2 mm。

2.4 断面水平轴位置（H1/H2）

断面水平轴位置对轮胎应力分布影响很大，为避免应力集中于下胎侧，需要将断面水平轴上移，结合C取值，H1/H2为1.03。

2.5 胎面花纹

胎面花纹偏向舒适型设计（见图1）。花纹深度为8.2 mm，花纹饱和度为68%，采用5种节距设计，花纹周节数为70，有利于降低噪声，采用非对称花纹设计，兼顾操纵性及抓着性能。多钢片设计有利于切割水膜，提高湿地抓着性能。4条主沟设计使花纹排水性能更加优异。

图1 胎面花纹展开示意

3 施工设计

3.1 胎面

胎面采用三方四块设计，胎面胶具有耐磨、抗撕裂、低滚动阻力、抗湿滑等性能；基部胶采用低生热配方，以降低胎冠部位热老化脱层的风险；翼胶采用耐屈挠、耐老化配方。

3.2 胎体

为便于生产加工，稳定产品质量，胎体采用两层1670dtex/2聚酯浸胶帘布，安全倍数超过公司标准要求。采用1#胎体高反包，反包端点超过水平轴15 mm，2#胎体低反包，低于三角胶15 mm设计。端点合理分散，避免应力集中。

3.3 带束层与冠带层

带束层采用2＋2×0.30HT钢丝帘线，裁断角度为34°；冠带层采用1400dtex/2锦纶66浸胶帘布，两层平铺设计，有利于提高轮胎的高速性能及胎冠部位的强度。

3.4 下胎侧加强层

缺气保用轮胎失压后胎圈部位应力增大，故需要高刚度的胎圈，本设计采用1400dtex/2锦纶66浸胶帘布增强，裁切角度为35°，成型贴附在三角胶外侧与反包胎体之间，加强层上下端点与其他各端点错开。

3.5 胎圈

胎圈采用1.295HT回火胎圈钢丝，排列方式为5-6-5-4，六边形结构，底面较宽，使轮胎与轮辋配合更加稳固，安全倍数超过公司内控标准要求。

3.6 成型

成型采用二次法成型机，成型鼓采用锥形鼓，其兼容性好，可减少更换工装。成型鼓宽度为371 mm，成型鼓周长为1 532 mm。采用冠包侧工艺。

3.7 硫化

采用1 219.2 mm（48英寸）B型双模液压硫化机，氮气硫化。硫化条件为：外温 174 ℃，内温205 ℃，氮气压力 2.1 MPa，总硫化时间 24 min。

4 成品性能

4.1 外缘尺寸

外缘尺寸按照GB/T 521—2012《轮胎外缘尺寸测量方法》测试，将轮胎安装在标准轮辋上充气测量，测得D′为681.8 mm，B′为232.2 mm，接近设计标准中值，满足内控标准要求。

4.2 强度性能

强度性能按照GB/T 4502—2016《轿车轮胎性能室内试验方法》测试，试验条件为：充气压力220 kPa，压头直径 19 mm。测试第5点破坏能为470.7 J，为标准值的159.6%，且5点均未压穿。满足内控标准要求。

4.3 耐久性能与低气压耐久性能

轮胎耐久性试验充气压力为180 kPa，运行34 h停机检测，并调整充气压力为140 kPa，停放2 h转入低气压耐久性试验，成品轮胎耐久性/低气压耐久性试验结果如表1所示。

从表1可以看出，轮胎的耐久性及低气压耐久性试验累计行驶时间为63 h。成品轮胎的耐久性能/低气压耐久性能达到企业内控标准要求。

表1 成品轮胎耐久性/低气压耐久性试验结果

4.4 高速性能

高速性能按照GB/T 4502—2016测试，轮胎充气压力为320 kPa，试验结果如表2所示。

从表2可以看出，轮胎的高速性能试验累计行驶时间为103 min。成品轮胎的高速性能达到内控标准要求。

表2 成品轮胎高速性能试验结果

4.5 欧盟ECE R117测试

根据欧盟ECE R117法规，成品轮胎性能检测结果如表3所示。

从表3可以看出，成品轮胎性能均满足欧盟法规和我公司内控标准要求。

表3 成品轮胎欧盟ECE R117法规测试结果

5 结论

225/55ZRF17 97Y缺气保用全天候轿车轮胎充气外缘尺寸、强度性能、耐久性能、低气压耐久性能和高速性能均达到国家标准和公司内控标准要求。欧盟ECE R117测试表明成品轮胎满足欧盟法规和公司内控标准要求，符合开发预期。